JP3256392B2 - 産業用ロボットによるワーク位置の検出および位置決め方法ならびに装置 - Google Patents

産業用ロボットによるワーク位置の検出および位置決め方法ならびに装置

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JP3256392B2 JP29876594A JP29876594A JP3256392B2 JP 3256392 B2 JP3256392 B2 JP 3256392B2 JP 29876594 A JP29876594 A JP 29876594A JP 29876594 A JP29876594 A JP 29876594A JP 3256392 B2 JP3256392 B2 JP 3256392B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボット(以下、
単にロボットという)によるワーク位置決め方法および
ワーク位置決め装置に関する。さらに詳しくは、プレス
ブレーキ、NCターレットパンチプレス、ロール成形
機、ルータなどの板材加工機にロボットで板材などのワ
ークをハンドリング供給し、ロボットと板材加工機との
協調作業で板材に曲げ加工、穿孔などの加工を行う場合
に、ロボットから板材加工機へのワーク供給位置の適否
を検出する方法、位置決め方法およびそれらの方法に用
いる装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりプレイバック型のロボットを用
いてプレスブレーキなどの板材加工機に板材を供給し、
加工後に、取り出すことが知られている(特開昭59−
175968号公報参照)。そのときロボットは1枚ず
つコンベアで運ばれて位置決めされたワークを把持した
り、積み重ねたワークの山の1番上から順に1枚ずつ把
持したりして、加工機まで搬送するが、搬送の途中でワ
ークがずれることがある。そのため、従来プレスブレー
キの場合はバックゲージにワークの後端を押し当てるな
どにより、位置決めをしている。他方、特公平5−63
250号および特公平5−63251号各公報は、バッ
クゲージの左右に一対のセンサを設け、ワークを水平に
回転させるか、そのまま前進させるべきかのデータをロ
ボットにフィードバックする位置決め方法を開示してい
る。また精度よく安定して位置決めするため、コロ付き
突き当てゲージを採用したり(実開平3−68720号
公報参照)、バックゲージにワークの当接を検出する測
長可能なセンサを設けることも知られている(特開平1
−159188号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の方法はバッ
クゲージに複数の検知部を設ける必要があるので、プレ
スブレーキなどの板材加工機側を改造する必要があり、
しかもバックゲージが本来有する位置決め精度を損なう
問題がある。さらに板材加工機側とロボット側とが情報
のやり取りをするので、制御系の組み立て・調整作業が
煩雑である。また位置決めの修正動作が直進および水平
回転などに限られているため、加工作業およびワークの
適用範囲が狭いという問題がある。本発明は前記従来の
位置決め方法の問題を解決するためになされたものであ
り、ロボット側で位置決め制御系をできるだけ完結でき
るようにし、それにより板材加工機側の改造工事を減ら
すと共に、バックゲージに追加工事をしなくてすむ位置
検出方法、位置決め方法および装置を提供することを技
術課題としている。さらに本発明は、広い範囲の加工作
業およびワークに対して適用できる位置決め方法および
装置を提供することを技術課題としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の産業用ロボット
によるワーク位置検出方法は、(a)ワークとそれを保
持する産業用ロボットのハンド部ないしアーム部との間
を所定の範囲内で外部からの力に応じて相対的に移動可
能とすると共に、その移動状態を検出する検知部を設け
たハンド部によりワークを把持する工程、(b)把持し
たワークを相手の板材加工機の位置決め部材に向かって
進める工程、(c)ワークとハンド部ないしアーム部と
の相対的な移動状態を検知部で検出する工程、(d)前
記検知部により検知されたデータに基づいて、ワークが
正しい位置にあるか否かを判断する工程、とからなるこ
とを特徴としている。
【0005】このような位置検出方法においては、前記
検知部として移動の有無を検知するものを採用すれば、
前記工程(c)で相対的な移動の有無を検出すると共
に、前記工程(d)で、移動がないときは正しい位置に
あると判断することができる。
【0006】また、前記検知部として移動量が所定の範
囲内か否かを検出するものを採用すれば、前記工程
(c)で移動の有無と、その移動が所定範囲内であるか
否かを検出し、前記工程(d)で、所定範囲内の移動が
あったとき、正しい位置と判断し、移動がなかったと
き、あるいは移動量が所定範囲を超えたとき、正しい位
置でないと判断することができる。
【0007】本発明のワーク位置決め方法は、前記検出
方法でワークの位置検出を行った後、正しい位置でない
と判断したとき、検出したデータに基づいてハンド部な
いしアーム部を動かして、必要な位置修正を行うことを
特徴としている。移動の有無で位置検出をする場合、ワ
ークが正しい位置にないと判断したとき、わずかな距離
だけ位置修正を行って、再度位置の適否を検出し、正し
い位置に達するまで位置修正と検出とを繰り返す方法を
採用しうる。さらに前記繰り返し回数が所定値を超えた
とき、エラーと判断して運転を停止させるようにしても
よい。複数枚のワークを板材加工機で加工するとき、前
のワークにおける位置修正のデータに基づいて、つぎの
ワークの搬送位置を修正する学習制御を行うのが好まし
い。
【0008】本発明のワーク位置検出装置は、(a)ワ
ークとそれを保持する産業用ロボットのハンド部ないし
アーム部との間に設けられる、外部からの力に応じてワ
ークないしハンド部を所定の範囲内で相対的に移動させ
る機構と、(b)アーム部ないしハンド部に設けた前記
移動状態を検出する検出部と、(c)前記検知部からの
データに基づき、ワーク位置が正しいか否かを判断する
手段とからなることを特徴としている。
【0009】本発明のワーク位置決め装置は、前記ワー
ク位置検出装置と、前記判断に応じて産業用ロボットに
必要なワークの位置修正行わせる手段とから構成されて
いる。前記検出部は、ワークの少なくとも2方向の移動
を検出する2個一対のセンサを備えているものが好まし
い。
【0010】
【作用】本発明の位置検出方法、位置決め方法および装
置においては、検出部がロボット側にあるので、板材加
工機にはとくに追加工事や配線工事が必要でない。すな
わちロボット側のハンド部ないしアーム部に、ワークが
位置決め部材に当接したときにその力に応じて相対的に
移動する部分およびその移動を検知する検出部を設け、
位置決め部材に突き当てた反力により、位置の適否に関
するデータおよび位置修正すべき動作のデータを得るよ
うにしている。そのため検出部がロボット側にあり、制
御系もロボット側で完結させることができ、板材加工機
側に改造工事を行う必要がなく、バックゲージなどに追
加工事をして精度を低下させることはない。
【0011】
【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明の方法およ
び装置の実施例を説明する。図1は本発明の位置決め装
置の一実施例を示す側面図、図2はその装置を備えたロ
ボットおよび加工機の全体を示す斜視図、図3および図
4はそれぞれ本発明の方法の一実施例を示す工程図およ
びフローチャート、図5および図6は本発明の方法の他
の実施例をその順に示すフローチャート、図7は本発明
の装置にかかわる検出部の他の実施例を示す斜視図であ
る。
【0012】図1および図2において、プレスブレーキ
20は固定上型21に対して昇降下型22が上下動する
形式であって、上下型間に板材13の端部を挿入してか
ら油圧で下型22を上昇させることにより折り曲げ加工
を行う。なお下型を固定し、上型を昇降させる場合もあ
り、上下型を対向移動させることもできる。図1の符号
24は板材13を突き当てて位置決めするためのストッ
パ(位置決め部材)である。図2に示すロボット1は支
持台2によって床上に固着支持されており、支持台2の
上部に固着された第1減速機付モータの出力軸(水平回
転軸)3Aは前記プレスブレーキ20の上型長軸21A
または下型長軸21Bと一致する様に配置されている。
【0013】つぎに出力軸3Aには、出力軸3Aおよび
上型長軸21Aに対して直角方向に延びる第1直角作動
腕4が取付けられており、さらに第1直角作動腕4の先
端部に固着された第2減速機付モータ5の出力軸(水平
回転軸)には第2直角作動腕6が取付けられている。第
2直角作動腕6の先端部には第3減速機モータ7が固着
されており、その出力軸にはプレスブレーキ20の中心
近辺に達する水平作動腕8が取付けられている。それら
の第1および第2作動腕4,6および水平作動腕8は、
それぞれの駆動モータにより任意の角度に回転可能であ
る。
【0014】前記平行作動腕8の先端部には第4減速機
付モータ9が平行作動腕8に対して直角に取付けられて
おり、その出力軸10にはベース12が取り付けられて
いる。そしてベース12には、ベース12と平行に、プ
レスブレーキ20に対して一定範囲で前後移動自在とな
るように、板材13を把持するための吸着ヘッド11が
設けられている。吸着ヘッド11とベース12とは、所
定の外力が加わったときに受動的にずれる程度に移動自
在に組み合わせられており、かつ両者間には元の位置に
戻すためのリターンバネ12aが介在されている。さら
に両者間には移動の有無を検出するためのセンサS1,
S2が第2で示すように左右一対で設けられている。セ
ンサS1,S2は圧力スイッチなどの接触型であっても
よく、また近接スイッチなどの非接触型であってもよ
い。なお図2の符号14は加工品である。
【0015】ロボット1は上記機械部分の他に、コンピ
ュータを内蔵した制御箱15を有し、その制御箱は図1
に示すように前記センサS1,S2からの信号を受けて
プログラムにしたがって、各モータ3,5,7,9を制
御する。
【0016】図1において符号30はコンピュータ部で
あり、このコンピュータ部30は作業条件のデータ(加
工枚数、積載数量など)、ロボットの動作データ(速
度、移動量など)を演算処理する中央処理装置(CP
U)、演算途中のデータやティーチ・インしたプログラ
ムを記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)、基本
プログラムを格納しておくリードオンリーメモリ(RO
M)などを備えている。それらのデータは入出力部31
を通じて外部から入力され、また外部へ出力される。モ
ータドライバ33,35,37,39はコンピュータ部
30のからの出力信号を受けて各軸の減速機付きモータ
3,5,7,9を動かすよう、電力変換するものであ
る。センサS1,S2からの信号も入出力部31を通じ
てコンピュータ部30に取り込まれる。
【0017】教示箱32はロボット1を手動操作で動か
すためのものであり、この手動操作によりロボットに所
要の動作をさせながら、コンピュータ部30へ移動量の
データを記憶させる。なお符号40はプレスブレーキ2
0に動作信号を送るためのプレスブレーキ制御装置であ
る。
【0018】上記構成のロボット1において、吸着ヘッ
ド11を外力による移動を許すように支持するベース1
2およびその移動量を検出するセンサS1,S2および
コンピュータ部30の一部が本発明の位置検出装置を構
成している。なお板材13を突き当てるストッパ24も
位置検出装置が作動する前提として必須である。さらに
上記位置検出装置とロボット1の吸着ヘッド11を駆動
する機構により、位置決め装置を構成している。上記の
ごとく構成されるロボット1およびプレスブレーキ20
は、その全体的な動作については従来のものとほぼ同じ
である。すなわち図4および図5に示すように、板材1
3のスタックから板材13を1枚ずつ吸着ヘッド11で
持ち上げ(ステップ110、図3a)、吸着ヘッド11
を上昇させながら180゜反転させ(ステップ12
0)、板材13を下側から強固に把持した状態で、プレ
スブレーキ20の上下型間に挿入する(ステップ13
0、図3b)。
【0019】ついでこの状態で図1に示すようにプログ
ラムにしたがって第1モータ3および第2モータ5を同
調回転させて板材13を矢印A方向に所定距離だけ前進
させる(ステップ140)。そしてこの前進ストローク
の完了時に板材13がストッパ24に突き当たったか否
かをセンサS1,S2で検出する。そして両方のセンサ
S1,S2が検出したか否かをコンピュータ部30で判
断し(ステップ150)、正常であればそのままプレス
ブレーキ20に加工開始の信号を送り、加工を行う(ス
テップ170、図3c)。そして加工完了後に完成品1
4を完成品スタックに積み上げていくのである(ステッ
プ180、図3d)。
【0020】一方、検出データにより、いずれか一方、
または両方のセンサS1,S2が検出していないことに
より、位置決め修正の必要があると判断したときは、修
正方法を演算し(ステップ160)、水平方向(矢印A
−B方向)の修正が必要であれば第1,第2,第3モー
タ3,5,7に修正信号を送って前進させ、水平面内の
回転の修正が必要であれば第4モータ9に正逆の回転を
指令し、回転させる(ステップ160,140)。そし
て修正後に再度位置検出し(ステップ150)、正しい
位置になるまで上記検出・修正を繰り返した後、前述の
加工および取り出し工程へと進んでいく(ステップ17
0,180,190、図3cおよび図3d参照)。な
お、回転方向の修正の適否は、左右一対のセンサS1,
S2の一方のみが検出したことにより検知することがで
きる。上記検出・修正工程において、繰り返し回数があ
らかじめ定めた範囲の回数を超えていれば、修正せずに
ただちに工程をストップさせるようにすることもできる
(ステップ200)。
【0021】上記のサイクルは1回ごとに検出を行うも
のであるが、毎回修正することになればサイクルタイム
が長くなり、またバラツキがふえて精度維持の点で不利
である。そのため上記の検出結果に基づいて、あらかじ
めティーチインしたデータを書きなおし、その書きなお
したデータに基づいてロボットに動作させる、いわゆる
学習制御を行わせるのが好ましい。
【0022】図5および図6のフローチャートは長方形
のワークの4辺を順に折り曲げていく場合の学習制御の
一実施例を示している。なおワークの把持から上下の型
間に挿入する工程および加工品の取り出しスタックは省
略し、要部のみを示している。なお符号X,Y,A,B
はそれぞれロボットのX座標、Y座標、ハンドの水平角
度、ハンドの旋回角度の位置データを示しており、X
p、Yp、Ap、Bpはそれぞれ最初の教示位置を示
し、Xdi、Ydi、Adi、Bdiはそれぞれのオフ
セットデータ、すなわち正しい位置と教示位置の差を示
す。また符号のiは4辺のうちどの辺についての加工か
を示す。
【0023】前のポイントよりストッパに向かって移動
させる動作を開始すると(ステップ210)、まずどの
辺についての学習データを利用するかを選択する(ステ
ップ220)。ついでその学習データを利用するか、無
視してクリアするかを選択する(ステップ230)。新
しい形状のワークの加工を始めるときなどはクリアにす
る(ステップ240)。
【0024】つぎにそのワークについて何回修正・検出
動作を繰り返したかをカウントし、所定の回数(判定
値、たとえば10回)以上、繰り返したときはエラー処
理にするエラー検出ERを行う。すなわちまずデータを
クリアにし(ステップ250)、ついで繰り返し回数が
判定値を超えているときはカウンタに「1」を加えてつ
ぎのステップに進む。超えたときは機械を止めるなどの
エラー処理を行う(ステップ275)。
【0025】ついで教示位置のデータXp、Yp、A
p、BpにオフセットデータXdi、Ydi、Adi、
Bdiを加える演算を行い(ステップ280)、その新
しいデータX,Y,A,Bにより吸着ヘッドを移動させ
る(ステップ290)。ついでセンサにより新しい位置
が正しいか否かを判定し(ステップ300)、正しい場
合は突き当て動作を終了し(ステップ310)、つぎの
ポイントへ進む。正しい位置でない場合は、オフセット
データに所定値、たとえば「−1.0」を加えたうえ
で、繰り返し回数の判定をし、新しいデータにより移動
を行う。このようにして正しい位置になるまで、検出と
移動を繰り返すが、オフセットデータは突き当て学習デ
ータとして、記憶しておき、つぎのワークについて、同
じ辺を加工するときに利用するのである。それによりつ
ぎのワークからは何度も検出・修正を繰り返す必要がな
くなる。
【0026】なおオフセットが生ずる原因が、吸着ヘッ
ドがワークの中心からずれた位置を把持していることに
よるものである場合は、たとえば右短辺(i=1)のデ
ータを左短辺(i=2)の加工のときに利用し、前長辺
(i=3)のデータを後長辺(i=4)の加工のときに
正負を逆にして利用することができる。
【0027】またオフセットの原因がワークの撓みによ
る場合は、左短辺あるいは前長辺のオフセット量と右短
辺あるいは後長辺のオフセット量が同じであると考えら
れるので、一方のデータを他方にそのまま加えて処理す
ることにより、繰り返し回数を大幅に減少させることが
できる。
【0028】つぎに本発明の装置における検出部の他の
実施例を説明する。図1の実施例では吸着ヘッド11が
ベース12に対して矢印B方向に移動したときに検出す
るセンサS1,S2を設けているが、ワークの4辺を折
り曲げる場合は、たとえば図7に示すように、その反対
方向(矢印A方向)およびそれらに直角の矢印C−D方
向に移動したときに検出するセンサS3,S4,S5,
S6,S7,S8を設けておく。なお吸着ヘッド11は
ベース12に対して実質的にスライド移動する必要はな
く、板材13がストッパ24に当たったことをセンサが
検出することができるのであれば、たとえば吸着ヘッド
11の弾性による撓み変形などであってもよい。請求項
1などにおける「移動」には、そのような撓み変形も含
む概念である。
【0028】逆に吸着ヘッド11をベース12に対して
充分にスライドするようにし、所定の移動量が検出され
た時点で初めて「正しい位置にある」と判断するように
してもよい。そのとき移動量を検出するセンサを採用す
れば、その移動量のデータでオフセット量を書きかえる
こともできる。
【0029】
【発明の効果】本発明の位置検出方法によれば、加工機
械側に大がかりな追加工事をする必要がなく、ロボット
側だけで制御系を完結できるので、既存の設備に容易に
適用できる利点がある。また本発明の位置決め方法は、
検出も位置修正もロボット側だけで行えるので、簡単に
高い位置決め精度を実現できる。本発明の位置検出装置
および位置決め装置は既存のロボットのハンド部に対し
て容易に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の位置決め装置の一実施例を示す側面図
である。
【図2】図1の装置を備えたロボットおよび加工機の全
体を示す斜視図である。
【図3】本発明の位置決め方法の一実施例を示す工程図
である。
【図4】本発明の位置決め方法の一実施例を示すフロー
チャートである。
【図5】本発明の位置決め方法の他の実施例を示すフロ
ーチャートの前半部である。
【図6】図5のフローチャートの後半部である。
【図7】本発明の装置にかかわる検出部の他の実施例を
示す斜視図である。
【符号の説明】
S1 センサ S2 センサ 1 ロボット 15 制御箱 20 プレスブレーキ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−159188(JP,A) 特開 昭59−227379(JP,A) 特開 昭59−175968(JP,A) 特開 昭59−170906(JP,A) 実開 平3−36785(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 9/10 B25J 13/08 B25J 19/00 B21D 5/01 B21D 5/02

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】板材加工機20と、 ロボット1本体が板材加工機20の側面に設置され、 ロボット1の水平回転軸3Aが板材加工機の上又は下型
    長軸と一致するように配置され、 さらに、該水平回転軸3Aの先に連結された水平作動腕
    8の先端部に直角に取り付けられた出力軸10にはベー
    ス12が取り付けられたロボットとからなり、 前記板材加工機20にロボット1でワークを供給し、ロ
    ボット1と板材加工機20との協調作業で板材の加工を
    行う場合に、ロボット1から板材加工機20へのワーク
    供給位置の適否を検出する方法であって、 (a)該出力軸10に取り付けられたベース12上に設
    けられた吸着ヘッド11が、該ベース12との関係で外
    部からの力に応じて相対的に移動可能に取り付けられて
    おり、その吸着ヘッド11によりワークを把持する工
    程、 (b)該ワークの全体を把持した状態で、該ワークを前
    記板材加工機20のストッパ24に向かって進める工
    程、 (c)該ワークが前記板材加工機20のストッパ24に
    突き当たった場合に生ずる前記吸着ヘッド11の相対的
    な動きを、該ベース12に該板材加工機20に対し左右
    一対に設けられている検出部S1,S2で検出する工
    程、 (d)前記両検出部S1,S2が検出したデータに基づ
    いて、ワークが正しい位置にあるか否かをコンピュータ
    により判断し、正常であれば前記板材加工機20に加工
    開始の信号を送り、正常でなければ修正方法を演算しロ
    ボット1にワークの位置修正信号を送る工程、とからな
    るワーク位置検出方法。
  2. 【請求項2】前記検出部が、前記工程(c)で相対的な
    移動の有無を検出すると共に、前記工程(d)で左右両
    検出部で移動を検出しないときは正しい位置でないと判
    断し、左右両検出部で移動の検出があったときは正しい
    位置にあると判断する請求項1記載のワーク位置検出方
    法。
  3. 【請求項3】 前記検出部が、移動量が所定の範囲内か
    否かを検出するものであり、前記工程(c)で移動の有
    無と、その移動が所定範囲内であるか否かを検出し、前
    記工程(d)で所定範囲内の移動があったとき正しい位
    置と判断し、移動がなかったとき、あるいは移動量が所
    定範囲を超えたとき、正しい位置でないと判断する請求
    項1記載のワーク位置検出方法。
  4. 【請求項4】ワークが正しい位置にないと判断したと
    き、わずかな距離だけ位置修正を行って、再度位置の適
    否を検出し、正しい位置に達するまで位置修正と検出と
    を繰り返す請求項3または4記載のワーク位置検出方
    法。
  5. 【請求項5】前記繰り返し回数が所定値を超えたとき、
    エラーと判断して運転を停止する請求項4記載のワーク
    位置検出方法。
  6. 【請求項6】複数枚のワークを板材加工機で加工すると
    き、前のワークにおける位置修正のデータに基づいて、
    つぎのワークの搬送位置を修正する請求項3または4記
    載のワーク位置検出方法。
  7. 【請求項7】前記ロボットと板材加工機との協調作業で
    板材の加工を行う場合に、該加工が、ワークの端部を折
    り曲げ加工するものである請求項1〜6のいずれか記載
    のワーク位置検出方法。
  8. 【請求項8】板材加工機20と、 ロボット1本体が板材加工機20の側面に設置され、 ロボット1の水平回転軸3Aが板材加工機の上又は下型
    長軸と一致するように配置され、 さらに、該水平回転軸3Aの先に連結された水平作動腕
    8の先端部に直角に取り付けられた出力軸10にはベー
    ス12が取り付けられたロボットとからなり、 前記板材加工機20にロボット1でワークを供給し、ロ
    ボット1と板材加工機20との協調作業で板材の加工を
    行う場合に、ロボット1から板材加工機20へのワーク
    供給位置の適否を検出する装置であって、 (a)該出力軸10に取り付けられたベース12上に設
    けられた吸着ヘッド11が、該ベース12との関係で外
    部からの力に応じて相対的に移動可能に取り付けられて
    おり、その吸着ヘッド11によりワークを把持する手段
    と、 (b)該ワークの全体を把持した状態で、該ワークを前
    記板材加工機20のストッパ24に向かって進める手段
    と、 (c)該ワークが前記板材加工機20のストッパ24に
    突き当たった場合に生ずる前記吸着ヘッド11の相対的
    な動きを、該ベース12に該板材加工機20に対し左右
    一対に設けられている検出部S1,S2で検出する手段
    と、 (d)前記両検出部S1,S2が検出したデータに基づ
    いて、ワークが正しい位置にあるか否かをコンピュータ
    により判断し、正常であれば前記板材加工機20に加工
    開始の信号を送り、正常でなければ修正方法を演算しロ
    ボット1にワークの位置修正信号を送る手段、とからな
    るワーク位置検出装置。
  9. 【請求項9】該ワークが正しい位置にないと判断したと
    き、わずかな距離だけ位置修正を行って、再度位置の適
    否を検出し、正しい位置に達するまで位置修正と検出と
    を繰り返す手段を有する請求項8に記載のワーク位置検
    出装置。
  10. 【請求項10】前記検出部が、ワークの少なくとも2方
    向の移動を検出する8個4対の検出部を備えている請求
    項8または9記載のワーク位置検出装置。
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